羊东矿4 号煤工作面防治水综合物探研究

曹栋

（冀中能源峰峰集团有限公司 羊东矿，河北 邯郸 056200）

1 概 况

羊东矿8470 工作面为4 号煤综采工作面，标高为-611—-793 m。运料巷长为1 120 m，溜子道长1 340 m，采宽130 m。

1.1 工作面的地质情况

羊东矿8470 工作面东部以8468 工作面为界，西部以8466 采空区为界，南部以五二采区3 条下山为界，北部以F30 断层预留防水煤柱为界。该工作面地质条件较复杂，工作面呈褶曲构造形态，外段为背斜，里段为向斜，煤岩层走向为N53°W～N84°E，倾角2°～28°，平均14°，煤层厚度1.20~1.96 m，平均厚度1.3 m，煤层稳定，结构简单。根据8472 巷道及8472 工作面相邻巷道实际揭露地质资料，共计揭露28 条正断层，其中断距大于1/2 煤厚的12 条，如图1 所示。

图1 羊东矿8470 工作面工程布置示意Fig.1 Engineering layout of No.8470 Face in Yangdong Mine

1.2 工作面的水文地质情况

8470 工作面开采煤层为野青煤，煤层底板标高为-611—-793 m，水文地质条件较复杂。根据相邻工作面掘进期间水文观测情况，预计该工作面掘进期间正常涌水量0.08 m3/min，最大涌水量在0.6 m3/min。

该工作面开采煤层顶板为野青灰岩含水层，该含水层富水性弱，随巷道掘进揭露以滴淋水形式可逐渐疏干，一般不会对正常掘进造成影响。底板含水层依次为伏青灰岩含水层、大青灰岩含水层、奥灰含水层。伏青含水层近3 a 最高水位为-605 m，根据工作面周边809 号钻孔资料分析，距野青煤层最小间距29.56 m。

大青含水层近3 a 最高水位为-360 m，根据工作面周边809 号钻孔资料分析，该含水层与野青煤层最小间距70.53 m。奥灰含水层近3 a 最高水位为+136 m，根据井田煤系地层综合柱状图资料分析，该含水层与野青煤层最小间距115.55 m，柱状图如图2 所示。

图2 工作面柱状图Fig.2 Working face histogram

该工作面西部临近8466 采空区，工作面内及周边有807、708、909、809、73、705 号地质钻孔，经核实钻孔封闭情况，73 号孔封孔质量为合格，其余钻孔封孔质量为良好，工作面开采不受钻孔水威胁。

2 防治水物探工作目的及设计

2.1 工作面物探的目的及意义

羊东矿奥灰水位为+136 m，工作面底板标高最低为-793 m。8470 工作面底板到奥灰距离为110.56 m，突水系数Ts 大致为0.084 MPa/m，大于0.06 MPa/m。由于8470 工作面受下伏奥灰水威胁，属带压开采，水文条件复杂。为此查明该工作面内及外围60 m 范围、底板下120 m 范围内煤、岩层含水异常体的分布情况，确保底板无导含构造发育是确保工作面安全回采的基本。

2.2 物探主要任务

为查明工作面底板下120 m 以浅区域，是否存在含水异常体分布。此次物探工作采用电测深和瞬变电磁手段进行相互验证探查，采用技术成熟的无线电波坑透技术对工作面内部构造进行探查。

（1） 电测深技术，探测区域为工作面两巷，探测深度为底板下20 m 至底板下120 m 以浅范围。

（2） 井下瞬变电磁技术，工作区域为工作面及切眼，探测范围为8470 工作面外围60 m 及内部煤层底板下120 m 范围。

（3） 无线电波坑道透视技术，探测区域为工作面内部，主要探查工作面内部大于1/2 煤厚的断层和是否存在长轴大于20 m 的陷落柱。

2.3 现场工作布置及技术要求

2.3.1 电测深

电测深工作采用YBD11 矿用网络并行电法仪，8470 工作面运料巷长1 120 m，巷道有效测点布置224 个，测点间距5 m，测深20 ~ 120 m；溜子道长1 130 m，巷道有效测点布置226 个，测点间距5 m。

2.3.2 瞬变电磁探测

瞬变电磁探测采用PROTEM CM 瞬变电磁仪，发射频率25 Hz，接收线框为1D 线框，数据采集采用30 门。工作面瞬变电磁探测设计为两巷向工作面内外两侧底板方向多角度探测，重点控制范围是工作面内部及外围60 m 以内，包含切眼外帮方向，煤层底板120 m 以浅范围。切眼及切眼超前瞬变电磁工作布置如图3 所示。

图3 瞬变电磁侧向探测角度示意Fig.3 Transient electromagnetic lateral detection angle

（1） 运料巷测线长度1 120 m，探测角度布置为里帮-20°、-40°、-60°，外帮-50°、-75°，共5 个角度，测点间距10 m。

（2） 溜子道测线长度130 m，探测角度布置为里帮-20°、-40°、-60°，外帮-50°、-75°，共5 个角度，测点间距10 m。运输巷及运料巷瞬变电磁工作布置如图3 所示。

（3） 切眼测线长度130 m，探测角度为外帮0、-20°、-40°、-60°，共4 个角度，测点间距10 m。

2.3.3 无线电波坑道透视

8470 工作面总长1 085 m，设置发射点间隔50 m 布置1 个，在巷道揭露断层附近可适当加密发射点，以保证探测质量。相对应的每个发射点设置15 个接收点，接收点中间点以对面巷道反射点为中心，每个接收点点间距为10 m，工作面共布置接收点65 个。

2.4 现场探测技术要求

为保证数据采集资料的可靠，除严格按照工程设计施工外，还要对针对不同的巷道条件采取对应的措施。

（1） 在坑透探测时，针对巷道揭露的断层附近可加大测点密度，以采集更多有效探测数据。在巷道探测时，先探测巷道背景电磁场值，为数据修正准备。

（2） 电测深提高供电电压，在减少各电极极化反应的同时，保证供电电流稳定，尽量提高发射电流，保证探测数据的可靠有效。

（3） 在遇到巷道积水段，应该要求矿方尽量排空积水或开挖临时水仓，减少对巷道探测的干扰。遇到紧急实在无法避免时，则采用电极打在煤壁上的临时手段进行勘探，后续对该段数据要进行修正。

（4） 瞬变电磁探测是要保证探测角度准确，采用坡度规等测量设备修正角度，并确保发射框和接收框在同一平面，尽量减少金属物形成的近电磁场干扰。

3 综合物探资料成果解析

3.1 瞬变电磁资料解析

采用专业TEMINT 瞬变电磁解析软件对原始数据进行预处理、滤波、Db 和Bt 双衰减曲线校核，然后再进行时深转换。最后形成每一条测线的视电阻率深度曲线图。最后采用sufer 软件形成羊东矿8470 工作面瞬变电磁探测视电阻率等值线断面图（图4），图中横坐标为运料巷道测点相对位置，纵坐标为时深转换后得到的探测深度。图中曲线为经过计算的视电阻率变化指示曲线。为保证突出异常显示，采用不同色界代表不同的视电阻率值，通过设置显示的相对色差高低，而确认以电阻率数值越小为弱性色域，通常视电阻率越小，含水性越强。

此次工作面瞬变电磁沿探测方向最大探测解释距离为150 m，根据反演数据确认探测盲区为20 m，该盲区不影响底板含水异常体的探测。根据工作面多组瞬变电磁探测解析曲线综合分析，在此次瞬变电磁探测范围内电阻率变化成均匀分布，证明在底板探测深度范围内没有存在含水性较强的地质低阻体形成，其底板下方煤岩性反应均在高阻范围内。对于在巷道起始位置出现的点状低阻区域，因其范围较小，且结合现场存在的个别电器干扰源相对应，因此可以将该个别异常点予以排除。

3.2 电测深资料解析

巷道所取得电测深数据，先通过数据筛选剔除测量数据中由于采集现场干扰导致的极高和极低数值，然后再进行专业计算。由于采集数据密度极大，可充分保证数据的可靠。通过对比标志层位电阻率值，大致判断所设置反演深度系数是否合理。最终通过反演可得到羊东矿8470 工作面电测深探测视电阻率等值线断面图（图5）。

图5 羊东矿8470 工作面电测深视电阻率等值线图Fig.5 The apparent resistivity contour diagram of electric depth-measurement in No.8470 Face of Yangdong Mine

图中横坐标为测量巷道，纵坐标为反演深度。图中曲线为视电阻率等值线，以不同色界代表不同的视电阻率数值，其中可自行设置视电阻率数值越小，所反映的相对含水性也越强，可增加异常的辨识度。

根据电测深等值线断面图，探测范围内在巷道320 m 位置底板下圈定1 处低阻异常C1 ，结合其探测层位和矿方资料发现该异常处于底板下40 m位置，由于异常范围较小，且该异常探出位置与电测深跑极方向420 m 处底板积水有关，因此可以认定该异常为测量电极在跑位中受现场底板积水等条件影响产生的测量低电位干扰，后在其计算、反演过程中叠加放大，因此该异常可以予以排除，因此此次工作面巷道底板电测深在其探测深度范围你未发现相对低阻异常的存在。

3.3 坑透资料解析

通过分析8470 工作面坑透探测的实测坑透场强分布曲线，同过根据上下巷多个发射点上所测的交汇场强，利用SIRT 算法（Simultaneous Iterative Reconstruction Techniques，同时迭代重构技术），计算得到单个曲线的吸收系数值，进一步利用整个工作面内所有接收曲线的吸收系数，经过工作面的网格计算，最终反演成像。

根据实测场强分布图可分析共发现工作面内2处地质构造异常区，如图6 所示。

图6 8470 工作面地质构造异常区示意Fig.6 The geological structure abnormal area of No.8470 Face

K1 位于运料巷190~580 m 和溜子道40~510 m，K1 异常区内地质构造过于复杂，断层影响相互叠加，从坑透曲线很难分辨断层的具体走向，从接收信号分析断层整体影响已大于1/2 煤厚。在K1 异常区内未发现短轴大于20 m 的陷落柱发育。

K2 位于运料巷760~1 010 m，工作面内距运料巷14~55 m，分析为巷道揭露断层在工作面内的延伸，断层落差小于1/2 煤厚。

4 结 语

通过瞬变电磁、电测深技术基本查明了羊东矿8470 工作面探测范围内煤、岩层的富水情况，且判定在探测控制范围内未发现水文地质异常。工作面内圈定的2 处地质构造异常区。K1 因异常范围较大，异常区内断层发育，但未发现短轴大于20 m 的陷落柱。K2 为巷道揭露断层在工作面内的延伸，对工作面回采影响较小。从上述物探工作的设计、布置、分析过程中，发现对工作面底板探测，尤其是在承压开采工作面中双方法探测的必要性。特别是大埋深工作面，其要求保证隔水层厚度的完整性，采用多手段验证探查，才是煤矿安全生产的保证。